CN107236078B - 一种柔性软单体胶体光子晶体乳液的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种柔性软单体胶体光子晶体乳液的制备方法，其具体步骤如下：先将丙烯酸叔丁酯单体洗涤并减压蒸馏得到精制的丙烯酸叔丁酯；将交联剂和去离子水加入反应器中，并搅拌至均相体系；再将精制丙烯酸叔丁酯单体加入到均相体系的反应器中，并置于惰性气氛下保护，搅拌搅匀；将反应装置进行加热升温，然后滴入引发剂引发聚合反应；最后将得到的产物过滤后，获得柔性软单体胶体光子晶体乳液。制备方法设备简单，操作方便，产物表面洁净无需进行复杂的后处理工序；所制备的胶体粒子具有粒径尺寸可调和单分散性能优越的特点。

Description

一种柔性软单体胶体光子晶体乳液的制备方法
技术领域
本发明涉及一种柔性软单体胶体光子晶体乳液的制备方法。
背景技术
聚合物胶体光子晶体是由单分散胶体粒子在一定条件下自发组装生成长程有序和紧密堆积结构的材料，因其特殊的尺寸与分散结构成为聚合物领域的重要研究方向，在日常生活和工业生产中具有宽阔的应用前景。如纳米科学、凝聚态物理、生物化学、分子生物学等都具有重要的应用。最近研究者们发现传统的胶体光子晶体，如聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等，由于这些单体的均聚物玻璃化温度较高，所形成的材料弹性和韧性不足，生产的工艺产品往往不能充分满足实际的需要。因而寻找具有高度柔软性、高韧性和粘结等物理性能的光子晶体材料而极其重要。
丙烯酸叔丁酯(t-BA)作为一种重要的有机酸酯类单体,具有耐候性、耐水、耐油和耐化学品等优良的特性。由于软单体丙烯酸叔丁酯的玻璃化温度较低(Tg为-22℃)，并带有一定极性基团的多官能性单体，可以使聚合物产生轻度的交联并形成一定程度的网络结构，提高了聚合物的内聚力和韧性。并因其具有独特的不饱和双键结构，故可通过乳液聚合、溶液聚合和共聚等加工方式制备出拥有良好性能的聚合物。因其聚合物具有透明度好，粘结性强，成膜清晰等优点，使其在涂料、造纸、洗涤剂、合成纤维、合成橡胶和塑料等方面具有重要的应用前景。因此，利用简易有效、低成本的方法快速制备性能优异的柔性单分散聚合物胶体光子晶体显得极为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种柔性软单体胶体光子晶体乳液的制备方法，这种方法具有胶乳粘度低、聚合速率快、易于混合传热、产物表面洁净等优点，是合成粒径在几百纳米尺寸的最佳聚合手段，该方法所制备的胶体粒子具有粒径尺寸可调和单分散性能优越的特点。
本发明主要通过以下技术方案来实现：一种柔性软单体胶体光子晶体乳液的制备方法，其具体步骤如下：
a.将丙烯酸叔丁酯单体洗涤并减压蒸馏得到精制的丙烯酸叔丁酯；
b.将交联剂和去离子水加入反应器中，并搅拌至均相体系；
c.将步骤a得到的精制丙烯酸叔丁酯单体加入到步骤b的反应器中，将反应
体系置于惰性气氛下保护，并用机械搅拌搅匀；
d.将反应装置进行加热升温，然后滴入引发剂引发聚合反应；
e.将得到的产物过滤后，获得一种柔性软单体胶体光子晶体乳液。
步骤a中所述的洗涤为先用碱液洗涤，然后用去离子水洗涤；其中碱液为质量浓度为5-10％的氢氧化钠或氢氧化钾水溶液中的一种或二种混合物。
优选步骤b中所述的交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯或羟甲基丙烯酰胺中的一种或混合物；交联剂的质量用量为丙烯酸叔丁酯单体质量的0.1-0.5％。
优选步骤c中所述的机械搅拌的转速为180～220rpm；机械搅拌的时间为25～40min。优选步骤c中所述的惰性气氛为氮气或氩气。
优选步骤d中所述的加热升温的温度为80℃～100℃。优选步骤d中所述的引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵的一种或二种混合物；引发剂的质量用量为丙烯酸叔丁酯单体质量的0.5-1.8％。
本发明可根据加入丙烯酸叔丁酯单体的量来调节聚丙烯酸叔丁酯胶体粒子的粒径，所制备的柔性软单体胶体光子晶体粒子(聚丙烯酸叔丁酯胶体粒子)的粒径范围为100-450nm。
有益效果：
1、本发明制备的柔性单分散聚丙烯酸叔丁酯胶体乳液具有粒径尺寸可调，单分散性优越的特点；
2、本发明提供的柔性单分散聚丙烯酸叔丁酯胶体乳液制备方法设备简单，操作方便，产物表面洁净无需进行复杂的后处理工序；
3、本发明制备的柔性单分散聚丙烯酸叔丁酯胶体乳液可作为制备光子晶体材料的构筑单元，并具有外界相应光子晶体的特性。
附图说明
图1为实施例1制备的单分散聚丙烯酸叔丁酯胶体粒子的粒径分布图；
图2为实施例2制备的单分散聚丙烯酸叔丁酯胶体粒子的SEM图；
图3为实施例3制备的单分散聚丙烯酸叔丁酯胶体粒子的原子力显微镜AFM图；
图4为实施例4制备的单分散聚丙烯酸叔丁酯胶体粒子的原子力显微镜AFM图。
具体实施方式
以下通过具体实施例说明本发明，但本发明并不仅限于以下实例。
实施例1
用天平称取0.01g的交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺和90g的去离子水于250mL四口瓶中，然后加入2.0g用10％氢氧化钾水溶液洗涤精制后的丙烯酸叔丁酯单体并通入稳定的氮气。在25℃下用180rmp的转速机械搅拌25min，然后加热升温到80℃，紧接着滴加溶解在10mL水中的引发剂过硫酸钾0.036g引发聚合反应。反应结束后先冷却至室温，然后用200目的纱网过滤除去少量的凝胶，即可得到单分散的聚丙烯酸叔丁酯胶体乳液。根据图1的粒径分布图表明，聚丙烯酸叔丁酯胶体粒子大小约为103nm，乳液的单分散性指数只有3.3％。
实施例2
用天平称取0.008g的交联剂羟甲基丙烯酰胺和90mL的去离子水于250mL四口瓶中，然后加入3.52g用5％氢氧化钠水溶液洗涤精制后的丙烯酸叔丁酯单体并通入稳定的氩气，在25℃下用200rmp的转速机械搅拌30min，然后加热升温到98℃，紧接着滴加溶解在10mL水中的引发剂过0.04g过硫酸铵引发聚合。反应结束后先冷却至室温，然后用200目的纱网过滤除去少量的凝胶，即可得到单分散的聚丙烯酸叔丁酯胶体乳液。图2为聚丙烯酸叔丁酯的SEM图，粒径大小约为191nm，其中聚丙烯酸叔丁酯胶体微球排列紧密的结构说明具有优良的单分散性能，将聚丙烯酸叔丁酯胶体乳液离心和提浓，发现其结构色为紫色。
实施例3
用天平称取0.006g的交联剂羟甲基丙烯酰胺和90mL的去离子水于250mL四口瓶中，然后加入4.16g用5％氢氧化钠水溶液洗涤精制后的丙烯酸叔丁酯单体并通入稳定的氩气，在25℃下用200rmp的转速机械搅拌40min，然后加热升温到85℃，紧接着滴加溶解在10mL水中的引发剂过0.04g过硫酸铵引发聚合。反应结束后先冷却至室温，然后用200目的纱网过滤除去少量的凝胶，即可得到单分散的聚丙烯酸叔丁酯胶体乳液。图3为聚丙烯酸叔丁酯的AFM图，粒径大小约为244nm，其中聚丙烯酸叔丁酯胶体粒子紧密堆积的结构说明具有优良的单分散性能，将聚丙烯酸叔丁酯胶体乳液离心和提浓，发现其结构色为绿色。
实施例4
用天平称取0.008g的交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺和90mL的去离子水于250mL四口瓶中，然后加入6.40g用5％氢氧化钠水溶液洗涤精制后的丙烯酸叔丁酯单体并通入稳定的氮气，在25℃下用220rmp的转速机械搅拌40min，然后加热升温到85℃，紧接着滴加溶解在10mL水中的引发剂过0.036g过硫酸铵引发聚合。反应结束后先冷却至室温，然后用200目的纱网过滤除去少量的凝胶，即可得到单分散的聚丙烯酸叔丁酯胶体乳液。图4为聚丙烯酸叔丁酯的AFM图，粒径大小约为437nm，其中聚丙烯酸叔丁酯胶体微球3维排布的结构说明具有优良的单分散性能。

Claims (4)

1.一种柔性软单体胶体光子晶体乳液的制备方法，其具体步骤如下：
a.将丙烯酸叔丁酯单体洗涤并减压蒸馏得到精制的丙烯酸叔丁酯；
b.将交联剂和去离子水加入反应器中，并搅拌至均相体系；其中所述的交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯或羟甲基丙烯酰胺中的一种或混合物；交联剂的质量用量为丙烯酸叔丁酯单体质量的0.1-0.5％；
c.将步骤a得到的精制丙烯酸叔丁酯单体加入到步骤b的反应器中，将反应体系置于惰性气氛下保护，并用机械搅拌搅匀；其中所述的机械搅拌的转速为180～220rpm；机械搅拌的时间为25～40min；
d.将反应装置进行加热升温，然后滴入引发剂引发聚合反应；其中所述的引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵的一种或二种混合物；引发剂的质量用量为丙烯酸叔丁酯单体质量的0.5-1.8％；所述的加热升温的温度为80℃～100℃；
e.将得到的产物过滤后，获得柔性软单体胶体光子晶体乳液。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤a中所述的洗涤为先用碱液洗涤，然后用去离子水洗涤；其中碱液为质量浓度为5-10％的氢氧化钠或氢氧化钾水溶液中的一种或二种混合物。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤c中所述的惰性气氛为氮气或氩气。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所制备的柔性软单体胶体光子晶体粒子的粒径范围为100-450nm。
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